0.1uF小电容滤波原理详解

MCU 芯片PIN脚附近为啥有时放置0.1uF的电容,有时放置0.01uF,

麦克风电路的中为啥放置的是33pF呢?这些值是随便选一个就可以吗?

下图一为AM3354的滤波电截起部分,图二为麦克风信号输入端截起电路.

图一

图二

先给结论:放置电容的作用只有一个,就是滤除外界干扰.

那么问题来了,滤除干扰一般不都是滤波电路吗?比如RC滤波,LC滤波.一个电容并联在电路中怎么滤波呢?如果干扰源是理想的,并联一个电容肯定不能降低干扰电压的幅度.(这里有一个误区,负载两端的电压不就是I*XC吗?是的,电压是等于这么多,但是XC不同时,电流I会变,所以把干扰源当成电流源不方便分析)

干扰信号一般分远场和近场,远场的信号一般是通过天线效应接收到电路里的,天线效应说简单一点就是,当天线的尺寸和信号的波长近似时(四分之一波长,例于单极子天线,半个波长,偶极子天线),产生谐振,将信号发射出去或接收到电路里来.实际的电路接收外界干扰在,大多可以看成是单极天线和偶极子天线的效果.

近场信号一般是耦合到电路里的,耦合又分为电感耦合,电容耦合,电阻耦合.

电感耦合 :类似于变压器的初副线,比如两个电感平行且靠得较近.

电容耦合: 电路板中的两条平行导线.这种情况发生的较多.

电阻耦合: 串有电阻的一端已被干扰,经过电阻后流到了信号的另一端.

天线是有等效阻抗的,这里主要想说的是电阻,纯电阻,比如传统的天线阻抗都是在50R左右,当然50R是根据实际传输线的特征协定的,实际上就算是一个任意天线,在特定的频率上也有阻抗,比如之前的文章关于NFC天线的测量,确实存在电阻,远场等效电路如下图,近场的也与这个相似,就不多说了.

一个确定的电路中,R1为输入阻抗,一般都较大,为方便分析,假设为开路,那么Vo的电压为C1的阻抗与R3的分压得到的值:

Vo= *Vi = *Vi

那么XC越小,Vo就越小.

再看电容的等效电路:

理想电容

实际等效电容

Xc=Resr+Xl+Xc

电容的阻抗与等效电阻,等效电感以及等效电容有关.这些值可以从电容规格书中的阻抗频率特性区线得到.要想Xc最小,就需要电容处于谐振的情况下,此时阻抗基本上为Resr.

那么基本结论是:

1)这个小电容是用来滤波的,至于是哪个频段的干扰,需要根据实际应用情况决定.如果是MCU,就需要滤除晶振的干扰,一般STM32有8MHz、16MHz、24MHz、32MHz等多种选择.因此这个小电容一般选择100nF.

2)如果是其它频率,就需要选择其它的电容,比如AM3354的频率高达800MHZ,一般用400MHZ,所以用10nf,当然封装是用0402的,上面是0603的,会有一些偏差.但偏不大.

3)再看麦克风处用的33PF,GSM系统一般采用900M和1800MHZ频段,在2000MHZ附近.

4)多个电容并联就谐振后的叠加.

5)封装越小,谐振频率越高,且电容的ESR是随频率变化而变化,如下图33PF的ESR曲线.

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